Atzeni, Ceri, Paraboschi, Torlone Basi di dati McGraw-Hill, 1996-2002 Capitolo 9: La normalizzazione 4/12/2003

Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9 Forme normali Una forma normale è una proprietà di una base di dati relazionale che ne garantisce la “qualità”, cioè l'assenza di determinati difetti Quando una relazione non è normalizzata: presenta ridondanze, si presta a comportamenti poco desiderabili durante gli aggiornamenti Le forme normali sono di solito definite sul modello relazionale, ma hanno senso in altri contesti, ad esempio il modello E-R 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9 Normalizzazione Procedura che permette di trasformare schemi non normalizzati in schemi che soddisfano una forma normale La normalizzazione va utilizzata come tecnica di verifica dei risultati della progettazione di una base di dati Non costituisce una metodologia di progettazione 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Una relazione con anomalie 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9 Anomalie Lo stipendio di ciascun impiegato è ripetuto in tutte le ennuple relative ridondanza Se lo stipendio di un impiegato varia, è necessario andarne a modificare il valore in diverse ennuple anomalia di aggiornamento Se un impiegato interrompe la partecipazione a tutti i progetti, dobbiamo cancellarlo anomalia di cancellazione Un nuovo impiegato senza progetto non può essere inserito anomalia di inserimento 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Perché questi fenomeni indesiderabili? abbiamo usato un'unica relazione per rappresentare informazioni eterogenee gli impiegati con i relativi stipendi i progetti con i relativi bilanci le partecipazioni degli impiegati ai progetti con le relative funzioni 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9 Per studiare in maniera sistematica questi aspetti, è necessario introdurre un vincolo di integrità: la dipendenza funzionale 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9 Proprietà Ogni impiegato ha un solo stipendio (anche se partecipa a più progetti) Ogni progetto ha un bilancio Ogni impiegato in ciascun progetto ha una sola funzione (anche se può avere funzioni diverse in progetti diversi) 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Dipendenza funzionale relazione r su R(X) due sottoinsiemi non vuoti Y e Z di X esiste in r una dipendenza funzionale (FD) da Y a Z se, per ogni coppia di ennuple t1 e t2 di r con gli stessi valori su Y, risulta che t1 e t2 hanno gli stessi valori anche su Z 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Impiegato Progetto  Funzione Notazione YZ Esempi: Impiegato  Stipendio Progetto  Bilancio Impiegato Progetto  Funzione 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Impiegato Progetto  Funzione Impiegato  Stipendio Progetto  Bilancio Impiegato Progetto  Funzione 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Un inciso: altre FD, particolari Impiegato Progetto  Progetto Si tratta però di una FD “banale” (sempre soddisfatta) Y  A è non banale se A non appartiene a Y Y  Z è non banale se nessun attributo in Z appartiene a Y 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Le anomalie sono legate ad alcune FD gli impiegati hanno un unico stipendio Impiegato  Stipendio i progetti hanno un unico bilancio Progetto  Bilancio 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Non tutte le FD causano anomalie In ciascun progetto, un impiegato svolge una sola funzione Impiegato Progetto  Funzione Il soddisfacimento è più “semplice”, perché Impiegato Progetto è chiave 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9 FD e anomalie La terza FD corrisponde ad una chiave e non causa anomalie Le prime due FD non corrispondono a chiavi e causano anomalie La relazione contiene alcune informazioni legate alla chiave e altre ad attributi che non formano una chiave Le anomalie sono causate dalla presenza di concetti eterogenei: proprietà degli impiegati (lo stipendio) proprietà di progetti (il bilancio) proprietà della chiave Impiegato Progetto 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Forma normale di Boyce e Codd (BCNF) Una relazione r è in forma normale di Boyce e Codd se, per ogni dipendenza funzionale (non banale) X  Y definita su di essa, X contiene una chiave K di r La forma normale richiede che i concetti in una relazione siano omogenei (solo proprietà direttamente associate alla chiave) 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Che facciamo se una relazione non soddisfa la BCNF? La rimpiazziamo con altre relazioni che soddisfano la BCNF Come? Decomponendo sulla base delle dipendenze funzionali, al fine di separare i concetti 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9 Non sempre così facile Impiegato  Sede Progetto  Sede 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Decomponiamo sulla base delle dipendenze 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Proviamo a ricostruire Diversa dalla relazione di partenza! 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Decomposizione senza perdita Una relazione r si decompone senza perdita su X1 e X2 se il join delle proiezioni di r su X1 e X2 è uguale a r stessa (cioè non contiene ennuple spurie) La decomposizione senza perdita è garantita se gli attributi comuni contengono una chiave per almeno una delle relazioni decomposte 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Proviamo a decomporre senza perdita Impiegato  Sede Progetto  Sede 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9 Un altro problema Supponiamo di voler inserire una nuova ennupla che specifica la partecipazione dell'impiegato Neri, che opera a Milano, al progetto Marte Impiegato  Sede Progetto  Sede 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

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Conservazione delle dipendenze Una decomposizione conserva le dipendenze se ciascuna delle dipendenze funzionali dello schema originario coinvolge attributi che compaiono tutti insieme in uno degli schemi decomposti Progetto  Sede non è conservata 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Qualità delle decomposizioni Una decomposizione dovrebbe sempre soddisfare: la decomposizione senza perdita, che garantisce la ricostruzione delle informazioni originarie la conservazione delle dipendenze, che garantisce il mantenimento dei vincoli di integrità originari 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Una relazione non normalizzata Progetto Sede  Dirigente Dirigente  Sede 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

La decomposizione è problematica Progetto Sede  Dirigente coinvolge tutti gli attributi e quindi nessuna decomposizione può preservare tale dipendenza quindi in alcuni casi la BCNF “non è raggiungibile” 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Una nuova forma normale Una relazione r è in terza forma normale se, per ogni FD (non banale) X  Y definita su r, è verificata almeno una delle seguenti condizioni: X contiene una chiave K di r ogni attributo in Y è contenuto in almeno una chiave di r 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

BCNF e terza forma normale la terza forma normale è meno restrittiva della forma normale di Boyce e Codd (e ammette relazioni con alcune anomalie) ha il vantaggio però di essere sempre “raggiungibile” se una relazione ha una sola chiave, allora essa è in BCNF se e solo se è in 3NF 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Decomposizione in terza forma normale si crea una relazione per ogni gruppo di attributi coinvolti in una dipendenza funzionale si verifica che alla fine una relazione contenga una chiave della relazione originaria Dipende dalle dipendenze individuate 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Una possibile strategia se la relazione non è normalizzata si decompone in terza forma normale alla fine si verifica se lo schema ottenuto è anche in BCNF 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Uno schema non decomponibile in BCNF Dirigente  Sede Progetto Sede  Dirigente 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Una possibile riorganizzazione Dirigente  Sede Reparto Sede Reparto  Dirigente Progetto Sede  Reparto 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Decomposizione in BCNF Progetto Sede Reparto Marte Roma 1 Giove Milano Saturno 2 Venere Dirigente Rossi Verdi Neri 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Progettazione e normalizzazione la teoria della normalizzazione può essere usata nella progettazione logica per verificare lo schema relazionale finale si può usare anche durante la progettazione concettuale per verificare la qualità dello schema concettuale 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

PartitaIVA  NomeFornitore Indirizzo Codice Nome prodotto Indirizzo Prodotto Partita IVA Prezzo PartitaIVA  NomeFornitore Indirizzo 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Analisi dell’entità PartitaIVA  NomeFornitore Indirizzo L’entità viola la terza forma normale a causa della dipendenza: PartitaIVA  NomeFornitore Indirizzo Possiamo decomporre sulla base di questa dipendenza 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9 Nome prodotto Partita IVA Nome fornitore Codice (0,N) (1,1) Fornitura Prodotto Fornitore Prezzo Indirizzo 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9 Dipartimento (0,N) (0,N) (0,1) Tesi Professore Studente (0,N) Corso di laurea Studente  Corso di laurea Studente  Professore Professore  Dipartimento 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Analisi della relationship La relationship viola la terza forma normale a causa della dipendenza: Professore  Dipartimento Possiamo decomporre sulla base di questa dipendenza 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9 Afferenza Dipartimento (1,1) (0,N) (0,1) Tesi Professore Studente (0,N) Corso di laurea 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Ulteriore analisi sulla base delle dipendenze La relationship Tesi è in BCNF sulla base delle dipendenze Studente  CorsoDiLaurea Studente  Professore le due proprietà sono indipendenti questo suggerisce una ulteriore decomposizione 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9

Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9 Professore Studente Tesi (0,N) (0,1) Dipartimento Afferenza (1,1) Corso di laurea Corso di laurea Iscrizione (0,N) (1,1) 4/12/2003 Atzeni-Ceri-Paraboschi-Torlone, Basi di dati, Capitolo 9